專利名稱：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與方法，特別涉及高壓金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)
晶體管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, MOSFET)。
背景技術(shù)：
一般制造的超高壓MOSFET具有共平面的漏極與源極區(qū)。圖1A顯示現(xiàn) 有技術(shù)中的一超高壓MOSFET元件100。元件100形成于一p型基底101上， 且另外的p層113外延成長于基底101上。高壓p阱115相鄰于高壓n阱103 在外延成長p層113中。將N+源極117置于高壓p阱115中，且N+漏極105 置于高壓n阱103中。柵極介電層111與柵極電極110從N+源極117之上 延伸至場氧化層(field oxide)107的一部分上。元件100也包括位于高壓p阱 115中的P+收集區(qū)(pickup region)119。提供一正電壓至柵極電極110包括一 電流流經(jīng)通道從N+源極117進(jìn)入高壓n阱103，其中于N+漏極105收集電 流。
此形式的超高壓MOSFET具有一問題，當(dāng)實(shí)施高電壓于此超高壓 MOSFET時，其無法維持低的導(dǎo)通電阻(on-resistance)。當(dāng)電流行經(jīng)元件時導(dǎo) 通電阻影響電力轉(zhuǎn)換成熱能。而元件的導(dǎo)通電阻越大，元件的效率越低。因 此為了元件的效率，需盡可能降低此電阻。
圖1B顯示在現(xiàn)有技術(shù)中所知的其他設(shè)計(jì)來減輕此問題的元件150。除 了增加了場環(huán)109以外，元件150與圖1A的元件100相似，其中相同的附 圖標(biāo)記用來表示相同的元件。場環(huán)109運(yùn)作以減少表面電場且改善飄移區(qū)的 消耗能力。因此飄移區(qū)的摻雜濃度可被增加，且與元件100相較，元件150 的導(dǎo)通電阻可被降低。
現(xiàn)有技術(shù)元件100 (如圖1A所示)與現(xiàn)有技術(shù)元件150 (如圖1B所示) 擊穿電壓(breakdownvoltage)仍然不令人滿意。如本技術(shù)領(lǐng)域所熟知，只可在 電壓低于其個別的擊穿電壓的情形下在操作元件。當(dāng)大于擊穿電壓的電壓實(shí)施于元件(例如元件100與元件150)上時，破壞性與不可逆的損傷會發(fā)生 于元件上，使得元件于商業(yè)上無用，且會被要求置換元件。所以亟需增加擊 穿電壓。因此，需要一經(jīng)改善的超髙電壓元件以降低導(dǎo)通電阻與更進(jìn)一步增 加擊穿電壓。
發(fā)明內(nèi)容
通過本發(fā)明的實(shí)施例可解決這些或其他問題，且可達(dá)到技術(shù)性優(yōu)點(diǎn)，而 本發(fā)明實(shí)施例提供在超高壓MOSFET中的一延伸飄移區(qū)，而當(dāng)將元件置于 高電壓下時，此超高壓MOSFET具有降低的導(dǎo)通電阻與增高的擊穿電壓。
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括 一半導(dǎo)體基底，其為一第一導(dǎo)電形 式； 一前高壓阱區(qū)于該半導(dǎo)體基底中，其中該前高壓阱區(qū)為與該第一導(dǎo)電形 式相反的一第二導(dǎo)電形式； 一高壓阱區(qū)于該前高壓阱區(qū)上，其中該高壓阱區(qū) 為該第二導(dǎo)電形式； 一場環(huán)，其為該第一導(dǎo)電形式，占據(jù)該高壓阱區(qū)的一頂 部，其中至少該前高壓阱區(qū)、該高壓阱區(qū)與該場環(huán)之一包括至少兩個通道； 一絕緣區(qū)于該場環(huán)與該高壓阱區(qū)的一部分上； 一漏極區(qū)于該高壓阱區(qū)中且鄰 接該絕緣區(qū)； 一柵極電極于該絕緣區(qū)的一部分上；以及一源極區(qū)相對于該源 極區(qū)在該柵極的一相對側(cè)上。
本發(fā)明也提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括 一半導(dǎo)體基底，其為一第一導(dǎo)電 形式； 一前高壓阱區(qū)于該半導(dǎo)體基底中，其中該前高壓阱區(qū)為與該第一導(dǎo)電 形式相反的一第二導(dǎo)電形式； 一高壓阱區(qū)于該前高壓阱區(qū)上且與其接觸，其 中該高壓阱區(qū)為該第二導(dǎo)電形式；以及多個第一通道，其為該第二導(dǎo)電形式， 且從該高壓阱區(qū)的上表面延伸至該前高壓阱區(qū)的下表面。該前高壓阱區(qū)中的 所述多個第一通道的部分的第二導(dǎo)電形式雜質(zhì)的濃度低于在該前高壓阱區(qū) 中的第二導(dǎo)電形式雜質(zhì)的濃度。在該高壓阱區(qū)中的所述多個第一通道的部分 的第二導(dǎo)電形式雜質(zhì)的濃度低于在該高壓阱區(qū)中的第二導(dǎo)電形式雜質(zhì)的濃 度。該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括一場環(huán)在該高壓阱區(qū)的一頂部中，其中該場環(huán)為該 第一導(dǎo)電形式；多個第二通道，其為該第一導(dǎo)電形式，且在該場環(huán)中，其中 所述多個第二通道的第一導(dǎo)電形式雜質(zhì)的濃度低于在該場環(huán)中的第一導(dǎo)電 形式雜質(zhì)的濃度； 一漏極區(qū)于該高壓阱區(qū)中； 一絕緣區(qū)于該場環(huán)上； 一柵極 電極于該絕緣區(qū)的一部分上；以及一源極區(qū)相對于該源極區(qū)在該柵極的一相對側(cè)上，其中該源極區(qū)與該漏極區(qū)為該第二導(dǎo)電形式。
本發(fā)明也提供另一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括 一半導(dǎo)體基底，其為一第一導(dǎo) 電形式； 一前高壓阱區(qū)于該半導(dǎo)體基底中，其中該前高壓阱區(qū)為與該第一導(dǎo) 電形式相反的一第二導(dǎo)電形式； 一高壓阱區(qū)于該前高壓阱區(qū)上且與其接觸， 其中該高壓阱區(qū)為該第二導(dǎo)電形式，且相較于該前高壓阱區(qū)具有一較高的雜 質(zhì)濃度；以及多個第一通道，其為該第二導(dǎo)電形式，且從該高壓阱區(qū)的上表 面延伸至該前高壓阱區(qū)的下表面。在該前高壓阱區(qū)與該高壓阱區(qū)中的所述多 個該第一通道的部分的第二導(dǎo)電形式雜質(zhì)的濃度分別低于在該前高壓阱區(qū) 與該高壓阱區(qū)中的第二導(dǎo)電形式雜質(zhì)的濃度。該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括一場環(huán)， 其為該第一導(dǎo)電形式且在該高壓阱區(qū)的一頂部中，其中該前高壓阱區(qū)、該高 壓阱區(qū)與該場環(huán)各包括一直線區(qū)與一彎曲區(qū)，且其中各該彎曲區(qū)還包括一內(nèi) 部區(qū)與一外部區(qū)；多個第二通道，其為該第一導(dǎo)電形式，且在該場環(huán)中，其 中所述多個第二通道的第一導(dǎo)電形式雜質(zhì)的濃度低于在該場環(huán)中的第一導(dǎo) 電形式雜質(zhì)的濃度，且其中所述多個第一與第二通道為在該前高壓阱區(qū)、該 高壓阱區(qū)與該場環(huán)的該內(nèi)部區(qū)中； 一漏極區(qū)于該高壓阱區(qū)中； 一絕緣區(qū)于該 場環(huán)上且與其接觸； 一柵極電極于該絕緣區(qū)的一部分上；以及一源極區(qū)相對 于該源極區(qū)在該柵極的一相對側(cè)上，其中該源極區(qū)與該漏極區(qū)為該第二導(dǎo)電 形式。
本發(fā)明也提供一種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括提供一半導(dǎo)體基底， 其為一第一導(dǎo)電形式；形成一前高壓阱區(qū)于該半導(dǎo)體基底中，其中該前高壓 阱區(qū)為與該第一導(dǎo)電形式相反的一第二導(dǎo)電形式；形成一高壓阱區(qū)于該前高 壓阱區(qū)上且與其接觸，其中該高壓阱區(qū)為該第二導(dǎo)電形式；以及形成多個第 一通道，其為該第二導(dǎo)電形式，且從該高壓阱區(qū)的上表面延伸至該前高壓阱 區(qū)的下表面。該前高壓阱區(qū)中的所述多個該第一通道的部分的第二導(dǎo)電形式 雜質(zhì)的濃度低于在該前高壓阱區(qū)中的第二導(dǎo)電形式雜質(zhì)的濃度。在該高壓阱 區(qū)中的所述多個該第一通道的部分的第二導(dǎo)電形式雜質(zhì)的濃度低于在該高 壓阱區(qū)中的第二導(dǎo)電形式雜質(zhì)的濃度。該形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法還包括形成 一場環(huán)占據(jù)該高壓阱區(qū)的一頂部，其中該場環(huán)為該第一導(dǎo)電形式；形成多個 第二通道，其為該第一導(dǎo)電形式，且在該場環(huán)中，其中所述多個第二通道的 第一導(dǎo)電形式雜質(zhì)的濃度低于在該場環(huán)中的第一導(dǎo)電形式雜質(zhì)的濃度；形成
8一絕緣區(qū)于該場環(huán)與該高壓阱區(qū)的一部分上，并與該場環(huán)與該高壓阱區(qū)接 觸；形成一柵極電極于該絕緣區(qū)的一部分上；以及形成一源極區(qū)與一漏極區(qū) 于該柵極的相對側(cè)上。
本發(fā)明另提供一種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括提供一半導(dǎo)體基底， 其為一第一導(dǎo)電形式；形成一第一光致抗蝕劑于該半導(dǎo)體基底上，其中以至 少兩個狹縫與與兩個開口將該第一光致抗蝕劑開口；穿過該第一光致抗蝕劑
將該半導(dǎo)體基底的頂部進(jìn)行注入以形成一前高壓阱區(qū)，其中該前高壓阱區(qū)為 與該第一導(dǎo)電形式相反的一第二導(dǎo)電形式；外延成長一半導(dǎo)體層于該半導(dǎo)體 基底與該前高壓阱區(qū)上以形成一外延層；形成一第二光致抗蝕劑于該外延層 上，其中以至少兩個狹縫與與兩個開口將該第二光致抗蝕劑開口；將該外延
層的一部分進(jìn)行注入以形成一高壓阱區(qū)，且其與該前高壓阱區(qū)接觸，其中該 高壓阱區(qū)為該第二導(dǎo)電形式；形成一第三光致抗蝕劑于該外延層上，其中以 至少兩個狹縫與與兩個開口將該第二光致抗蝕劑開口；以及將該高壓阱區(qū)的
一頂部進(jìn)行注入以形成一場環(huán)，其為該第一導(dǎo)電形式。
通過使用本發(fā)明的實(shí)施例，減低了高壓MOSFET的導(dǎo)通電阻與增高了 元件的擊穿電壓。有益的是，本發(fā)明的實(shí)施例不需要額外的掩模。
為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特 舉優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。
圖1A顯示一傳統(tǒng)超高壓MOSFET的剖面圖。
圖1B顯示一具有場環(huán)的傳統(tǒng)超高壓MOSFET的剖面圖。
圖2顯示本發(fā)明實(shí)施例的俯視圖。
圖3A-圖31顯示形成顯示于圖2的實(shí)施例的中間工藝的剖面圖，其中剖 面圖為取自一平面橫越圖2中的線A-A'。
圖4顯示顯示于圖2的實(shí)施例的剖面圖，其中剖面圖為取自一平面橫越 圖2中的線B-B'及/或C-C'。
圖5顯示本發(fā)明一替代實(shí)施例的俯視圖，其中通道形成于一方向垂直于 顯示于圖2中的通道的方向。
圖6顯示本發(fā)明另一替代實(shí)施例的俯視圖，其中通道形成為圓形。
9圖7顯示漏極電流為電壓的函數(shù)。
上述附圖中的附圖標(biāo)記說明如下-
100 超高壓MOSFET元件
101 p型基底
103 高壓n阱
105 N+漏極
107 場氧化層
109 場環(huán)
110 柵極電極
111 柵極介電層
113 p層
115 高壓p阱
117 N+源極
119 P+收集區(qū)
150 元件
10 超高壓MOSFET
12 替代的超高壓MOSFET
20 半導(dǎo)體基底
24 前高壓n阱區(qū)
241、 242 前高壓n阱區(qū)的區(qū)域
26 光致抗蝕劑
27 開口
28 經(jīng)摻雜的半導(dǎo)體層/外延層
W2 開口 27的寬度
34 高壓n阱區(qū)
341 高壓n阱區(qū)的部分
342 高壓n阱區(qū)的部分
36 光致抗蝕劑
40 n阱
42 p阱46 場環(huán)/反向摻雜區(qū)
461、 462 狹縫
48 光致抗蝕劑
52 場介電層/絕緣層
54 絕緣層
56 柵極介電層
58 柵極電極
60 源極區(qū)
62 漏極區(qū)
66 收集區(qū)
70 直線區(qū)
72 彎曲區(qū)
74 內(nèi)部區(qū)域
76 外部區(qū)域
具體實(shí)施例方式
提供一新的高壓MOSFET其形成方法，而此新的高壓MOSFET具有減 低的導(dǎo)通電阻、增高的擊穿電壓與增高的穩(wěn)定度。此元件的制造方法將在以 下段落詳細(xì)說明。在本發(fā)明的所有附圖與所示出的實(shí)施例中，相同的附圖標(biāo) 記代表相同的元件。
圖2顯示超高壓MOSFET IO的俯視圖。為了有較清楚的附圖，只示出 選擇的元件。而可于剖面圖中發(fā)現(xiàn)剩余的元件，例如圖3I所示者。MOSFET 10包括直線區(qū)70與彎區(qū)區(qū)72。陰影區(qū)為場環(huán)46的部分。漏極區(qū)62形成于 場環(huán)46的中央且被場環(huán)42所環(huán)繞。源極區(qū)60環(huán)繞場環(huán)46，且形成一封閉 的環(huán)路。 一般而言，超高壓MOSFET 10占據(jù)巨大面積，且因此與超高壓 MOSFET 10的長度與寬度相較，源極區(qū)60與漏極區(qū)62為狹窄的。因此源 極區(qū)60與漏極區(qū)62只以一條線來顯示。然而它們實(shí)際上的寬度為，例如數(shù) 微米。
通過漏極區(qū)62將彎曲區(qū)72分隔成一內(nèi)部部分74與外部部分76，其中 相較于外部部分76，內(nèi)部部分74較接近曲線的中央。在內(nèi)部部分74中，將
ii場環(huán)46開槽，而具有交錯的狹縫461與462，且狹縫461與462具有交錯的 濃度。場環(huán)46的陰影狹縫相較于介于陰影狹縫461間的無陰影狹縫462，具 有較高的濃度。在整篇發(fā)明說明中，無陰影狹縫462也指通道。在一實(shí)施例 中，于彎曲區(qū)72的外部部分76中，優(yōu)選為將場環(huán)46均勻地?fù)诫s。然而， 其也可具有交錯的摻雜濃度而與內(nèi)部部分74相似。相似地，在直線區(qū)70中， 優(yōu)選為均勻地慘雜場環(huán)46。然而，在直線區(qū)70中的場環(huán)46的部分也可具有 交錯的摻雜濃度。
圖2顯示將前高壓n阱區(qū)(pre-high-voltage n-well region, pre-HVNW)24 與高壓n阱區(qū)34開槽，并具有在交錯的狹縫中的交錯的濃度(需注意的是， 區(qū)域24與34的邊緣可不與區(qū)域46的邊緣部分重疊，如圖3I中所示。為了 更清楚顯示，此種于邊緣部分的差異不于圖2中顯示)。前高壓n阱區(qū)24 與高壓n阱區(qū)34的狹縫與其鄰近也稱為通道的狹縫相較，具有較低的雜質(zhì) 濃度。在一實(shí)施例中，如圖2所示，在前高壓n阱區(qū)24與高壓n阱區(qū)34中 的通道與在場環(huán)46中的通道部分重疊。然而它們也可不對齊。
圖3A-圖3I顯示形成超高壓MOSFET IO的中間工藝的剖面圖，其中剖 面圖為取自一平面橫越圖2中的線A-A'。參見圖3A，提供半導(dǎo)體基底20。 半導(dǎo)體基底20優(yōu)選包括硅，且其被一 p型雜質(zhì)輕摻雜。然而也可使用其他 一般使用的半導(dǎo)體材料，例如SiGe或其類似物。前高壓n阱區(qū)24形成于基 底20的一頂部部分中，且優(yōu)選通過例如形成光致抗蝕劑26，以注入n型摻 雜物，例如磷，進(jìn)入基底20的上方區(qū)域來形成。或者也可使用其他n型摻 雜物，例如砷、銻、其組合物或其類似物。在一實(shí)施例中，注入的劑量為介 于約1 X 1010/cm2與約1 X 1016/cm2之間。前高壓n阱區(qū)24的厚度優(yōu)選為 2-10 um，且例如更佳為8.5 um。然而可以了解的是，發(fā)明說明中所提到 的尺寸，僅僅為例子，且若使用的形成技術(shù)不同，其也可以有所改變。在形 成前高壓n阱區(qū)24之后，移除光致抗蝕劑26。
在一實(shí)施例中，將光致抗蝕劑26開槽，并具有至少兩個狹縫，優(yōu)選為 多于兩個。因此開口 27形成于光致抗蝕劑狹縫之間。前高壓n阱區(qū)24露出 于開口 27的部分為前高壓n阱區(qū)的區(qū)域241，此部分受到直接前高壓n阱區(qū) 注入。通過光致抗蝕劑26遮蔽的前高壓n阱區(qū)24的部分為前高壓n阱區(qū)的 區(qū)域242，其不露出而不直接受到前高壓n阱區(qū)注入，但會接受到于接下來
12的熱工藝中擴(kuò)散自前高壓n阱區(qū)的區(qū)域241的雜質(zhì)。因此在有光致抗蝕劑26 的形成的情況下，由于擴(kuò)散，在前高壓n阱區(qū)的區(qū)域241與前高壓n阱區(qū)的 區(qū)域242兩者中的雜質(zhì)濃度會下降。在擴(kuò)散后，在前高壓n阱區(qū)的區(qū)域241 中的n型雜質(zhì)的濃度高于在前高壓n阱區(qū)的區(qū)域242中的n型雜質(zhì)的濃度， 且因此雜質(zhì)的濃度為呈交錯。
相較地，在一實(shí)施例中，其中在直線區(qū)70的前高壓n阱區(qū)24 (參見圖 2)不被光致抗蝕劑狹縫26覆蓋，在前高壓n阱區(qū)24的雜質(zhì)濃度較高。如 本技術(shù)領(lǐng)域所知，較大的電場形成在彎曲較大處。因此，彎曲區(qū)72的內(nèi)部 部分74 (參見圖2)比起外部部分76與直線區(qū)70具有較高的電場，且為微 弱區(qū)(weakregion)。減低在彎曲區(qū)72的內(nèi)部部分74中之前高壓n阱區(qū)24的 雜質(zhì)濃度幫助改善超高壓MOSFET 10的擊穿電壓。
為了改善于接下來的擴(kuò)散后在前高壓n阱區(qū)24中的雜質(zhì)濃度的均勻度， 光致抗蝕劑狹縫26的數(shù)目優(yōu)選大于約10。又，為了確定在擴(kuò)散后，前高壓 n阱區(qū)的區(qū)域242會被轉(zhuǎn)變?yōu)閚型，開口 27優(yōu)選具有一小寬度W2。在一實(shí) 施例中，寬度W2小于約4 um。需了解的是，W2允許的最大寬度與p型 基底20中的p型雜質(zhì)濃度與及前高壓n阱區(qū)的區(qū)域241中的注入的n型雜 質(zhì)濃度相關(guān)。又，光致抗蝕劑狹縫26具有一總面積，且光致抗蝕劑狹縫26 的總面積比前高壓n阱區(qū)24的總面積的比值優(yōu)選為約20-80%。此面積比值 決定在前高壓n阱區(qū)的區(qū)域241與242中的最終雜質(zhì)濃度，且面積比越低， 最終雜質(zhì)濃度也會越低。通過寬度比值來決定面積比值。因此，開口 27的 寬度Wl比光致抗蝕劑狹縫26的寬度W2的比值優(yōu)選為介于1/4與4之間。
圖3B顯示于基底20與前高壓n阱區(qū)24上形成經(jīng)摻雜的半導(dǎo)體層28。 經(jīng)摻雜的半導(dǎo)體層28包括一半導(dǎo)體材料，例如硅，且可以外延成長經(jīng)摻雜 的半導(dǎo)體層28。因此，經(jīng)摻雜的半導(dǎo)體層28也指外延層28。經(jīng)摻雜的半導(dǎo) 體層28的厚度可大于約8.5 um。優(yōu)選為當(dāng)外延成長進(jìn)行時，以p型雜質(zhì)在 原處摻雜半導(dǎo)體層28。
又圖3B顯示高壓n阱區(qū)34的形成。可經(jīng)過光致抗蝕劑26通過注入一 n 型慘雜物，例如磷、砷、銻或其類似物來形成高壓n阱區(qū)34。優(yōu)選為，高壓 n阱區(qū)34的濃度大于前高壓n阱區(qū)24的雜質(zhì)濃度，且可使用介于約IX 1010/cm2與約1X1016/cm2之間的劑量。在一實(shí)施例中，高壓n阱區(qū)34的厚度實(shí)質(zhì)上等于外延層28的厚度，且因此高壓n阱區(qū)34與前高壓n阱區(qū)24 毗連。
相似于前高壓n阱區(qū)24，高壓n阱區(qū)34優(yōu)選在彎曲區(qū)72的內(nèi)部部分 74中具有交錯的雜質(zhì)濃度(參見圖2)。因此優(yōu)選將光致抗蝕劑36開槽， 且因此高壓n阱區(qū)34包括直接注入的部分461與通過光致抗蝕劑36的狹縫 遮蔽的部分462 (也指通道)。在接下來的擴(kuò)散工藝后，于通道462中的雜 質(zhì)濃度低于部分461。高壓n阱區(qū)34可具有一均勻的雜質(zhì)濃度于彎曲區(qū)72 的外部部分76及/或直線區(qū)70中(參見圖2)，然而也可采取交錯的摻雜濃 度。優(yōu)選為可使用形成光致抗蝕劑26的相同掩模(為了定義光刻圖案)來 形成光致抗蝕劑36。因此直接注入高壓n阱區(qū)的部分341與前高壓n阱區(qū)的 區(qū)域241為垂直排列，且高壓n阱區(qū)的部分342與前高壓n阱區(qū)的區(qū)域242 為垂直排列。在替代實(shí)施例中，使用不同的掩模形成光致抗蝕劑26與36， 且直接注入高壓n阱區(qū)的部分341可以或可以不與前高壓n阱區(qū)的區(qū)域241 垂直排列。
圖3C顯示n阱40的形成。優(yōu)選為，通過形成一光致抗蝕劑(未顯示) 且注入一 n型雜質(zhì)(例如至一高于高壓n阱區(qū)34的n型雜質(zhì)濃度)來形成n 阱40。在一實(shí)施例中，注入的劑量為介于約1X1010/cm2與約1X1016/cm2 之間。N阱40優(yōu)選具有一底部表面低于高壓n阱區(qū)34的底部表面。或者， N阱40的底部表面可水平于高壓n阱區(qū)34的底部表面，或低于高壓n阱區(qū) 34的底部表面。
圖3D顯示p阱42的形成。優(yōu)選為，形成p阱42與高壓n阱區(qū)34鄰接。 在一實(shí)施例中，p阱42與高壓n阱區(qū)34分離，如圖3D所示。在替代的實(shí) 施例中，p阱區(qū)42與高壓n阱區(qū)34毗連以產(chǎn)生介于兩阱區(qū)之間的連接。可 通過形成一光致抗蝕劑(未顯示)，與以一p型摻雜物，例如硼、銦或其類 似物來注入p型外延層28的所需部分來形成p阱區(qū)42。 一注入的示范劑量 為介于約1X1010/cm2與約1X1016/cm2之間。在一實(shí)施例中，p阱區(qū)42的 深度為約2-6 U m，優(yōu)選為約4 um。
圖3E顯示以p型摻雜物反向摻雜(counter-doping)n阱34以形成反向摻 雜區(qū)46。在一實(shí)施例中，反向摻雜區(qū)46為一環(huán)形(參見圖2)，因此在發(fā) 明說明中也可指場環(huán)46?？赏ㄟ^以一 p型摻雜物摻雜高壓n阱區(qū)34的一頂部部分至一小于高壓n阱區(qū)34的深度，來形成場環(huán)46。場環(huán)46的厚度夠厚， 以使在接下來形成場介電層52后(圖3F所示)，仍然有場環(huán)46的剩余部 分在場介電層52下。場環(huán)46的厚度為約0.4-2 ii m，且優(yōu)選為1 y m。場 環(huán)46可與n阱區(qū)40毗連或分開。
相似于前高壓n阱區(qū)24與高壓n阱區(qū)34，場環(huán)優(yōu)選具有一交錯的雜質(zhì) 濃度。因此，優(yōu)選將光致抗蝕劑48開槽，且因此場環(huán)46包括直接注入部分 461與通過光致抗蝕劑48的狹縫遮蔽的部分462 (也指通道)。在一實(shí)施例 中，直接注入的部分461與前高壓n阱區(qū)的區(qū)域241為垂直排列，且部分462 與前高壓n阱區(qū)的區(qū)域242為垂直排列。在替代實(shí)施例中，直接注入的部分 461不與前高壓n阱區(qū)的區(qū)域241垂直排列。
在一實(shí)施例中，在一提升的溫度下，可執(zhí)行一阱區(qū)置入工藝(wdldrive-in process),以使在直接注入部分241、 341與461中的雜質(zhì)分別擴(kuò)散至242、 342與462。然而由于此形成可包括多個高溫工藝，各對擴(kuò)散有貢獻(xiàn)，所以 直到圖31并無顯示由擴(kuò)散導(dǎo)致的影響。
圖3F顯示于高壓n阱區(qū)34的部分上形成絕緣層52。額外的絕緣層54 可形成在p阱區(qū)42與p外延層28的部分與其類似物之上?？墒褂霉璧木植?氧化(local oxidation of silicon, LOCOS)來形成絕緣層52與54，或絕緣層52 與54可為淺溝槽隔離(shallow trench isolation, STI)區(qū)。
圖3G顯示柵極介電層56與柵極電極58的形成。柵極介電層56沉積于 場介電層52的一上部且延伸以覆蓋p阱區(qū)42的一部分。柵極電極58沉積 于柵極介電層56之上。柵極電極58為導(dǎo)電的且可使用經(jīng)摻雜的多晶硅、金 屬、金屬合金或其類似物來形成。在此例子中，柵極電極58包括多晶硅， 柵極電極58的表面可被硅化。
圖3H顯示在p阱區(qū)42中形成源極區(qū)60，與在n阱區(qū)40中形成漏極區(qū) 62?？赏ㄟ^注入一 n型摻雜物(例如磷)至一濃度(例如介于約1 X 1019/cm3 與約2X1021/cm3之間)來形成源極區(qū)60與漏極區(qū)62。收集區(qū)(pickup region)66，其為p型，形成于p阱區(qū)42中，具有一濃度介于約1 X 1019/cm3 與約2X1021/cm3之間。
如先前段落所述，顯示于圖3H的結(jié)構(gòu)會受到許多具有熱預(yù)算(thermal budget)的步驟。因此直接注入?yún)^(qū)241、 341與461中的雜質(zhì)會分別擴(kuò)散至鄰
15接的通道242、 342與462。所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)如圖31所示。在注入之后，區(qū)域 241、 242、 341與342為n型，且區(qū)域241與341分別相較于通道242、 342 會具有一較高的雜質(zhì)濃度。相似地，區(qū)域461與462為p型，且區(qū)域461相 較于通道462會具有一較高的雜質(zhì)濃度。
由于擴(kuò)散，于彎曲區(qū)72的內(nèi)部部分74的區(qū)域24、 34與46(參見圖2) 的雜質(zhì)濃度實(shí)質(zhì)上低于在直線區(qū)70中的分別區(qū)域中的雜質(zhì)濃度，其中在直 線區(qū)70中分別的部分在分別注入時，沒有被遮蔽。在一實(shí)施例中，在擴(kuò)散 與最終封裝工藝后，在直接注入?yún)^(qū)241、 341與461中的雜質(zhì)濃度小于在直 線區(qū)70中的分別的注入?yún)^(qū)24、 34與46的約80%。進(jìn)一步而言，在擴(kuò)散與 最終封裝工藝后，在通道242、 342與462中的雜質(zhì)濃度可小于分別的直接 注入?yún)^(qū)241、 341與461的約80%。
圖4顯示在圖2中的超高壓MOSFET IO的其他剖面圖，其中剖面圖為 取自一平面橫越圖2中的線B-B，及域C-C'。在一實(shí)施例中，于彎曲區(qū)72 的外部部分76與直線區(qū)70中(參見圖2)，區(qū)域24、 34與46沒有被開槽， 如圖4所示?；蛘撸邏篗OSFET10的彎曲區(qū)72的外部部分76及/或直 線區(qū)70也可在場環(huán)46、前高壓n阱區(qū)24與高壓n阱區(qū)34中具有交錯摻雜 濃度。
本發(fā)明實(shí)施例具有多種替代形式。例如，圖5顯示前高壓n阱區(qū)24、高 壓n阱區(qū)34與場環(huán)46的狹縫于半徑方向，或換句話說，其垂直于源極區(qū)60 與漏極區(qū)62的縱長方向?；蛘咴诟┮晥D中，區(qū)域24、 34與46的狹縫可具 有其他形狀，例如柵格(未顯示)。在此例子中，可將柵格視為弧形狹縫的 組合，如圖2所示，而筆直的狹縫如圖5所示。
圖6顯示一替代的超高壓MOSFET 12，其包括源極區(qū)60與漏極區(qū)62， 在端點(diǎn)形成弧形。在此實(shí)施例中，前高壓n阱區(qū)24、高壓n阱區(qū)34與場環(huán) 46可包括交錯的注入?yún)^(qū)，且前高壓n阱區(qū)24、高壓n阱區(qū)34與場環(huán)46的 狹縫形狀為圓形或至少為接近圓形。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以了解，此處所顯示的實(shí)施例，僅僅為本發(fā)明的 附圖實(shí)施例。例如當(dāng)所討論的實(shí)施例為n型超高壓MOSFET時，其他實(shí)施 例可為p型超高壓MOSFET，具有相反的源極/漏極區(qū)、高壓阱區(qū)、前高壓 阱區(qū)、阱區(qū)、基底、通道與其類似物的導(dǎo)電形式。
16有益的是，通過注入前高壓n阱區(qū)24、高壓n阱區(qū)34與場環(huán)46的交錯 狹縫，減低在前高壓n阱區(qū)24、高壓n阱區(qū)34與場環(huán)46中的雜質(zhì)濃度。此 有利地增加所產(chǎn)生超高壓MOSFET的擊穿電壓。獲得此優(yōu)點(diǎn)而不需額外的 掩模，其中使用相同的掩模以在彎曲區(qū)72的外部部分76中，而不是在其他 部分/區(qū)域中產(chǎn)生不同雜質(zhì)濃度。圖7顯示擊穿電壓曲線。圓形代表從本發(fā)明 實(shí)施例(如圖3I所示)獲得的數(shù)據(jù)，而正方形代表從前高壓n阱區(qū)、高壓n 阱區(qū)與場環(huán)被均勻注入的例子所獲得的數(shù)據(jù)。顯示于圖7的結(jié)果顯示出通過 使用本發(fā)明實(shí)施例，擊穿電壓從約700 V增加至約800 V。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更 動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以所附的權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括一半導(dǎo)體基底，其為一第一導(dǎo)電形式；一前高壓阱區(qū)于該半導(dǎo)體基底中，其中該前高壓阱區(qū)為與該第一導(dǎo)電形式相反的一第二導(dǎo)電形式；一高壓阱區(qū)于該前高壓阱區(qū)上，其中該高壓阱區(qū)為該第二導(dǎo)電形式；一場環(huán)，其為該第一導(dǎo)電形式，占據(jù)該高壓阱區(qū)的一頂部，其中至少該前高壓阱區(qū)、該高壓阱區(qū)與該場環(huán)之一包括至少兩個通道，所述通道為與分別的該前高壓阱區(qū)、該高壓阱區(qū)與該場環(huán)的導(dǎo)電形式相同，且其中所述通道與分別的該前高壓阱區(qū)、該高壓阱區(qū)與該場環(huán)之一相較具有一較低的雜質(zhì)濃度；一絕緣區(qū)于該場環(huán)與該高壓阱區(qū)的一部分上；一漏極區(qū)于該高壓阱區(qū)中且鄰接該絕緣區(qū)；一柵極電極于該絕緣區(qū)的一部分上；以及一源極區(qū)相對于該源極區(qū)在該柵極的一相對側(cè)上。
2. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該前高壓阱區(qū)、該高壓阱區(qū)與 該場環(huán)各包括兩個通道。
3. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中于該前高壓阱區(qū)中的所有所述 通道與于該高壓阱區(qū)中的通道對齊。
4. 如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中于該前高壓阱區(qū)、該高壓阱區(qū) 與該場環(huán)中的所有所述通道為垂直排列。
5. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中于所述通道中的該雜質(zhì)的濃度 低于在該前高壓阱區(qū)、該高壓阱區(qū)與該場環(huán)的分別之一中的該雜質(zhì)濃度的約 80%。
6. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述通道為一狹縫的形式。
7. 如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該狹縫與該漏極區(qū)的一最近部 分的縱長方向垂直。
8. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括一額外的前高壓阱區(qū)于該半導(dǎo)體基底中，其中該額外的前高壓阱區(qū)為該 第二導(dǎo)電形式，且與該前高壓阱區(qū)電性連接；一額外的高壓阱區(qū)于該額外的前高壓阱區(qū)之上并與其接觸，其中該額外 的高壓阱區(qū)為該第二導(dǎo)電形式，且與該高壓阱區(qū)電性連接；以及一額外的場環(huán)，其為該第一導(dǎo)電形式，占據(jù)該額外的高壓阱區(qū)的一頂部， 其中該額外的場環(huán)與該場環(huán)電性連接，且其中該額外的前高壓阱區(qū)、該額外 的高壓阱區(qū)與該額外的場環(huán)無通道，且分別相對于該前高壓阱區(qū)、該高壓阱 區(qū)與該場環(huán)在該漏極區(qū)的一相對側(cè)上。
9. 一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括-一半導(dǎo)體基底，其為一第一導(dǎo)電形式；一前高壓阱區(qū)于該半導(dǎo)體基底中，其中該前高壓阱區(qū)為與該第一導(dǎo)電形 式相反的一第二導(dǎo)電形式；一高壓阱區(qū)于該前高壓阱區(qū)上且與其接觸，其中該高壓阱區(qū)為該第二導(dǎo) 電形式；多個第一通道，其為該第二導(dǎo)電形式，且從該高壓阱區(qū)的上表面延伸至 該前高壓阱區(qū)的下表面，其中在該前高壓阱區(qū)中的所述多個第一通道的部分 的第二導(dǎo)電形式雜質(zhì)的濃度低于在該前高壓阱區(qū)中的第二導(dǎo)電形式雜質(zhì)的 濃度，且在該高壓阱區(qū)中的所述多個第一通道的部分的第二導(dǎo)電形式雜質(zhì)的 濃度低于在該高壓阱區(qū)中的第二導(dǎo)電形式雜質(zhì)的濃度；一場環(huán)在該高壓阱區(qū)的一頂部中，其中該場環(huán)為該第一導(dǎo)電形式； 多個第二通道，其為該第一導(dǎo)電形式，且在該場環(huán)中，其中所述多個第 二通道的第一導(dǎo)電形式雜質(zhì)的濃度低于在該場環(huán)中的第一導(dǎo)電形式雜質(zhì)的 濃度；一漏極區(qū)于該高壓阱區(qū)中； 一絕緣區(qū)于該場環(huán)上；一柵極電極于該絕緣區(qū)的一部分上；以及一源極區(qū)相對于該源極區(qū)在該柵極的一相對側(cè)上，其中該源極區(qū)與該漏 極區(qū)為該第二導(dǎo)電形式。
10. 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括一額外的前高壓阱區(qū)于該半導(dǎo)體基底中，其中該額外的前高壓阱區(qū)為該 第二導(dǎo)電形式，且與該前高壓阱區(qū)電性連接；一額外的高壓阱區(qū)于該額外的前高壓阱區(qū)之上并與其接觸，其中該額外的高壓阱區(qū)為該第二導(dǎo)電形式，且與該高壓阱區(qū)電性連接；以及一額外的場環(huán)，其為該第一導(dǎo)電形式，于該額外的高壓阱區(qū)中，且于該 額外的高壓阱區(qū)的一頂部中，其中該額外的場環(huán)與該場環(huán)電性連接，且其中 該額外的前高壓阱區(qū)、該額外的高壓阱區(qū)與該額外的場環(huán)無通道，且分別相 對于該前高壓阱區(qū)、該高壓阱區(qū)與該場環(huán)在該漏極區(qū)的一相對側(cè)上。
11. 如權(quán)利要求IO所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中于該前高壓阱區(qū)與該高壓阱 區(qū)中的該第二導(dǎo)電形式雜質(zhì)的濃度分別低于在該額外的前高壓阱區(qū)與該額 外的高壓阱區(qū)中的該第二導(dǎo)電形式雜質(zhì)濃度的約80%。
12. 如權(quán)利要求IO所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中于該場環(huán)中的該第一導(dǎo)電形 式雜質(zhì)的濃度低于在該額外的場環(huán)中的該第一導(dǎo)電形式雜質(zhì)濃度的約80%。
13. —種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括-一半導(dǎo)體基底，其為一第一導(dǎo)電形式；一前高壓阱區(qū)于該半導(dǎo)體基底中，其中該前高壓阱區(qū)為與該第一導(dǎo)電形 式相反的一第二導(dǎo)電形式；一高壓阱區(qū)于該前高壓阱區(qū)上且與其接觸，其中該高壓阱區(qū)為該第二導(dǎo) 電形式，且相較于該前高壓阱區(qū)具有一較高的雜質(zhì)濃度；多個第一通道，其為該第二導(dǎo)電形式，且從該高壓阱區(qū)的上表面延伸至 該前高壓阱區(qū)的下表面，其中在該前高壓阱區(qū)與該高壓阱區(qū)中的所述多個第 一通道的部分的第二導(dǎo)電形式雜質(zhì)的濃度分別低于在該前高壓阱區(qū)與該高 壓阱區(qū)中的第二導(dǎo)電形式雜質(zhì)的濃度；一場環(huán)，其為該第一導(dǎo)電形式且在該高壓阱區(qū)的一頂部中，其中該前高 壓阱區(qū)、該高壓阱區(qū)與該場環(huán)各包括一直線區(qū)與一彎曲區(qū)，且其中各該彎曲 區(qū)還包括一內(nèi)部區(qū)與一外部區(qū)；多個第二通道，其為該第一導(dǎo)電形式，且在該場環(huán)中，其中所述多個第 二通道的第一導(dǎo)電形式雜質(zhì)的濃度低于在該場環(huán)中的第一導(dǎo)電形式雜質(zhì)的 濃度，且其中所述多個第一與第二通道為在該前高壓阱區(qū)、該高壓阱區(qū)與該 場環(huán)的該內(nèi)部區(qū)中；一漏極區(qū)于該高壓阱區(qū)中；一絕緣區(qū)于該場環(huán)上且與其接觸；一柵極電極于該絕緣區(qū)的一部分上；以及一源極區(qū)相對于該源極區(qū)在該柵極的一相對側(cè)上，其中該源極區(qū)與該漏 極區(qū)為該第二導(dǎo)電形式。
14. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該前高壓阱區(qū)、該高壓阱區(qū) 與該場環(huán)的該外部區(qū)與該直線區(qū)不具有通道。 '
15. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括額外的通道形成在前高壓 阱區(qū)、該高壓阱區(qū)與該場環(huán)的該外部區(qū)中，其中該前高壓阱區(qū)、該高壓阱區(qū) 與該場環(huán)的該直線區(qū)不具有通道。
全文摘要
一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括一半導(dǎo)體基底，其為一第一導(dǎo)電形式；一前高壓阱(pre-high-voltage well，pre-HVW)區(qū)于該半導(dǎo)體基底中，其中該前高壓阱區(qū)為與該第一導(dǎo)電形式相反的一第二導(dǎo)電形式；一高壓阱(high-voltage well，HVW)區(qū)于該前高壓阱區(qū)上，其中該高壓阱區(qū)為該第二導(dǎo)電形式；一場環(huán)(field ring)，其為該第一導(dǎo)電形式，占據(jù)該高壓阱區(qū)的一頂部，其中至少該前高壓阱區(qū)、該高壓阱區(qū)與該場環(huán)之一包括至少兩個通道(tunnel)；一絕緣區(qū)于該場環(huán)與該高壓阱區(qū)的一部分上；一漏極區(qū)于該高壓阱區(qū)中且鄰接該絕緣區(qū)；一柵極電極于該絕緣區(qū)的一部分上；以及一源極區(qū)相對于該源極區(qū)在該柵極的一相對側(cè)上。通過使用本發(fā)明的實(shí)施例，減低了高壓金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的導(dǎo)通電阻與增高了元件的擊穿電壓。
文檔編號H01L29/06GK101685833SQ20091014014
公開日2010年3月31日 申請日期2009年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月9日
發(fā)明者巫宗曄, 陳富信, 黃宗義, 黃柏晟, 黃麒銓 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司